北京昌平南口山前斷裂特征及構(gòu)造解析

齊立華，劉 媛

(武警警種學(xué)院,北京 昌平 102202)

北京昌平南口山前斷裂特征及構(gòu)造解析

齊立華，劉 媛

(武警警種學(xué)院,北京 昌平 102202)

南口山前斷裂是北京北部一條重要的區(qū)域性斷裂，該斷地質(zhì)裂特征明顯、現(xiàn)象豐富、演化復(fù)雜，是地質(zhì)類學(xué)生進(jìn)行野外實(shí)踐性教學(xué)的良好素材。通過系統(tǒng)的野外調(diào)查，收集和研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)，對該斷裂地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)和解析，提出該斷層前期為擠壓逆斷層后期為拉張正斷層的演化過程，對一些互相矛盾的地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了合理解釋。

北京昌平；南口山前斷裂；特征；構(gòu)造解析

北京昌平南口地區(qū)處于太行山脈與燕山山脈交匯處，該地區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象典型、豐富。早在十九世紀(jì)末，李?；舴摇⒕S理士等人就在該區(qū)進(jìn)行過地質(zhì)調(diào)查，解放后新中國的地質(zhì)工作者更是在該區(qū)進(jìn)行了大量的地質(zhì)調(diào)查工作。目前中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國石油大學(xué)等都在該區(qū)建有實(shí)習(xí)基地[1]，因此對該地區(qū)斷裂構(gòu)造的研究，有利于加強(qiáng)地質(zhì)實(shí)踐性教學(xué)水平，對提高學(xué)生的野外工作能力具有積極意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南口地區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準(zhǔn)地臺華北斷坳與燕山臺褶帶接觸部位，其南東側(cè)為華北斷凹、北側(cè)為燕山臺褶帶，西側(cè)為山西斷隆，燕山運(yùn)動奠定了本區(qū)構(gòu)造的基本格局[2]，晚白堊世以來受NE及NW向斷裂活動影響，逐漸形成了北西隆起、南東凹陷地貌形態(tài)。區(qū)內(nèi)地層在居庸關(guān)和德勝口一線斷續(xù)出露太古宇(為一套變質(zhì)程度較深，巖性以角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖為主，并夾有麻粒巖、混合巖，主要呈陰影狀、條帶狀，其次為星點(diǎn)狀分布)，沿此一線向向NW和SE從老到新依次出露中上元古界(為一套巨厚的、完整的，未變質(zhì)或淺變質(zhì)的沉積巖系)、下古生界(主要巖性為砂巖、頁巖、豹皮灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r和純厚石灰?guī)r等)、中生界(主要巖石有礫巖、砂巖、頁巖、泥灰?guī)r、煤層及火山巖系)和新生界(包括第三系和第四系。第三系在本區(qū)山區(qū)發(fā)育不全，出露零星，在平原之下有較厚的沉積物。第四系在山區(qū)各大水系的溝谷地帶、山區(qū)盆地、山前地帶的丘陵區(qū)、山麓地帶以及廣大平原地區(qū)均較發(fā)育。新生界分布面積廣泛，厚度巨大，含古生物化石豐富)；構(gòu)造以線性構(gòu)造為主，主要有NE向和NW向斷裂，褶皺構(gòu)造主要有NE軸向以太古宇為核部，元古界為兩翼的背斜構(gòu)造[2]，背斜南東翼較為完整，北西翼受構(gòu)造和火山活動破壞較加大；巖漿活動頻繁，主要巖漿活動期有太古代、華力西期和燕山期。

圖1 南口地區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)崔盛芹等,2003)

2 南口山前斷裂特征

2.1 平面特征

南口山前斷裂為軍都山隆起與京西丘陵平原區(qū)的分界斷層，在構(gòu)造上處于北東向太行山構(gòu)造帶與東西向燕山構(gòu)造帶的交接部位[2]。據(jù)車兆宏等的研究，南口山前斷層全長61 km，可分為鐵礦峪-上口、上口-南口、南口-白羊城、白羊城-馬刨泉四段。本文主要針對白羊城-虎峪溝一帶進(jìn)行探討。

圖2南口地區(qū)區(qū)域構(gòu)造簡圖(據(jù)劉廣平等,2001年,有修改)

山前斷裂平面上呈北東-南西走向(50～60 °)，傾向南東，與區(qū)域地層和褶皺構(gòu)造走向基本一致。斷層在白羊城-虎峪一帶賦存于長城系高于莊組中，其向北東延伸至侏羅系髫髻山組中；在南口南西約5 km處，花塔巖體侵入其中，花塔巖體為鉀長花崗斑巖，巖體呈長條帶狀分布，長軸方向與斷裂一致，該巖體同位素年齡顯示為110 Ma左右[2]；在南口鎮(zhèn)可以觀察到完整的斷層三角面；在白羊城-虎峪溝一帶構(gòu)成了北京西北部平原與山區(qū)的分界線。經(jīng)地震轉(zhuǎn)換波法測量山前斷裂向深部沿深達(dá)80 km[2]。

2.2 剖面特征

南口山前斷裂在虎峪溝處與北西向斷裂交匯，受北西向斷裂、地形和流水共同作用，近于垂直山前斷裂走向形成一切割較深的沖溝，沖溝走向170 °[3]，經(jīng)人工筑壩形成一小型水庫，山前斷裂出露于虎峪水庫壩體下游，剖面完整，現(xiàn)象明顯利于觀察(圖3)。

斷層下盤為團(tuán)山子組中部淡紫紅色硅質(zhì)白云巖與黃綠色頁巖、紫色板巖、粉砂巖互層，白云巖局部具紋帶及結(jié)核構(gòu)造，上部缺失。斷層下盤面平整光滑，發(fā)育絹云母、葉臘石等蝕變礦物組合，指示該部位物理化學(xué)條件曾發(fā)生較大變化，處于構(gòu)造應(yīng)力場的核心部位[4]；下盤產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致150 °∠43 °。斷層上盤破碎，發(fā)育破碎帶，從下盤面開始向170 °方向，虎峪剖面破碎帶水平寬度80 m左右，斷裂帶內(nèi)由斷層角礫和斷層泥形成構(gòu)造巖，角礫由幾毫米到幾十厘米不等，一般粒徑3～5厘米，角礫無分選性，具一定磨圓度，角礫成分與圍巖相同，以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r為主，破碎帶在山脊處，形成一馬鞍形凹陷[3]；80 m后巖石逐漸趨于完整，巖層反傾，產(chǎn)狀350 °∠10 °，90 m處巖層近水平，90 m后巖層逐漸轉(zhuǎn)為南東傾，110 m后產(chǎn)狀150 °∠40 °，基本與下盤地層一致[3]；從整體上觀察在80～110 m形成一牽引褶皺構(gòu)造，該段巖層內(nèi)發(fā)育一組次級斷裂構(gòu)造，斷層傾向與山前斷裂一致，傾角大于70 °個別近直立，所有斷層均表現(xiàn)為南東盤上升特征[3](圖4)。斷層上盤為長城系高于莊組，巖性為灰白色厚層白云巖夾淺紅色薄層含鐵鈣泥質(zhì)巖。

圖3 虎峪剖面圖

圖4 虎峪剖面上盤次級斷裂示意圖

3 南口山前斷裂解析

3.1 斷層識別標(biāo)志

地形地貌標(biāo)志：在白羊城-虎峪一帶構(gòu)成山區(qū)和平原分界[3]；在虎峪剖面山脊處形成鞍狀凹陷；

斷層面標(biāo)志：在南口采石場和東園子一帶斷層三角面發(fā)育；在虎峪剖面下盤面平整光滑，盤面上發(fā)育絹云母、葉臘石等蝕變礦物組合；

構(gòu)造巖標(biāo)志：虎峪剖面發(fā)育80 m(水平厚度)的斷層角礫、斷層泥；

派生構(gòu)造標(biāo)志：虎峪剖面牽引褶皺和次級斷裂發(fā)育；

地層標(biāo)志：大紅峪組缺失、團(tuán)山子組頂部缺失、高于莊組底部部分缺失。

3.2 斷層兩盤相對運(yùn)動方向的確定

斷層下盤為團(tuán)山子組，上盤為高于莊組，下老上新表明上盤相對下降下盤相對上升。另虎峪沖溝上部基巖緩傾部位和裂縫中見有砂礫層殘留[3]，而砂礫層是河流沖積的產(chǎn)物，也表明，虎峪河上游(下盤)曾一度處于構(gòu)造相對抬升區(qū)域。

3.3 應(yīng)力性質(zhì)分析

從兩盤相對運(yùn)動方向及區(qū)域構(gòu)造分析，南口上前斷裂發(fā)生過較大規(guī)模的正斷裂活動，總體表現(xiàn)出張性特征。

但光滑的斷面、牽引褶皺、具一定磨圓度的角礫、斷層泥、上盤中發(fā)育的一組逆斷層均表明壓剪性的應(yīng)力特征。

3.4 斷層形成時間的確定

斷層切過了侏羅系髫髻山組，表明斷層形成時間在燕山期或晚于燕山期；花塔巖體侵入于斷層中，表明斷層形成要早于110 Ma(晚燕山期)。研究表明山前斷裂形成后直到1.6～1.8萬年一直處于活動狀態(tài)[2]，特別是南口-白羊城段為斷層的主段活動，是第四紀(jì)以來持續(xù)活動時間最長、幅度最大的段落，晚更新世以來仍有活動。

3.5 斷層演化解析

萬天豐教授在燕山地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，燕山期的褶皺軸向可以隨時間而變化，早侏羅末世的褶皺軸向一般為NEE向，中侏羅世末期常為NE向，晚侏羅末世主要為NNE向[5]。表明燕山期構(gòu)造應(yīng)力場的近水平的最大主應(yīng)力方向也是逐漸轉(zhuǎn)變的，即從早期的NNW向，經(jīng)過中期的NW向，到晚期轉(zhuǎn)為WNW向。由此推斷燕山中早期在NNW向和NW向主應(yīng)力作用下，山前斷裂形成，其應(yīng)力性質(zhì)為壓剪性，在壓剪性應(yīng)力作用下上盤相對上升，下盤相對下降，構(gòu)造角礫巖、牽引褶皺和次級斷裂形成；到晚期主應(yīng)力轉(zhuǎn)為WNW向，垂直于斷層走向，斷層表現(xiàn)為張性特征，燕山晚期居庸關(guān)斷隆形成，山前斷裂下盤抬升，在下盤抬升過程中由于處于張性應(yīng)力場中，同時前期形成的斷層泥和斷層角礫起到了屏蔽和緩沖作用，所以在這一過程中上盤基本沒有發(fā)生改變，山前斷裂形成了現(xiàn)在的基本格局，后來雖有多次活動，但都以小規(guī)模地震為主，都沒有對斷層進(jìn)行過大的改造。通過構(gòu)造演化分析可以很好地解釋山前斷裂為什么既有張性特征又有壓剪性特征，既顯正斷層形態(tài)又具逆斷層特征。

4 結(jié) 論

從穿切和巖體侵入現(xiàn)象觀察，南口山前斷裂始于燕山構(gòu)造運(yùn)動的中早期，至1.6～1.8萬年該斷裂長期處于活動狀態(tài)，形成了豐富而復(fù)雜的構(gòu)造現(xiàn)象；該斷裂總體呈正斷層性質(zhì)，但斷層內(nèi)很多構(gòu)造現(xiàn)象表現(xiàn)出逆斷層特征，其力學(xué)特征也表現(xiàn)為相反的張性和壓性；運(yùn)用動態(tài)發(fā)展的觀點(diǎn)，將該斷裂置于燕山期以來區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場中進(jìn)行分析，很好地解釋了矛盾現(xiàn)象的共存特點(diǎn)。

[1]宋丙劍.地質(zhì)實(shí)習(xí)基地建設(shè)實(shí)踐與思考——以昌平南口實(shí)習(xí)基地為例[J].城市地質(zhì),2015,10(01):15-19.

[2]北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局.昌平幅、小湯山幅1/5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].北京：北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988.

[3]劉桂閣,齊立華,宋丙劍,等．南口地區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查實(shí)習(xí)指導(dǎo)書[R]．北京：武警警種學(xué)院，2014.

[4]胡受奚,葉瑛,方長泉．交代蝕變巖巖石學(xué)及其找礦意義[M]．北京：地質(zhì)出版社，2004：10-89.

[5]萬天豐．中國大地構(gòu)造學(xué)[M]．北京：地質(zhì)出版社，2005：20-93.

[責(zé)任編輯：劉守義 英文編輯：劉彥哲]

Features and Structuctural Analysis of Nankou Piedmont Fault in Changping,Beijing

QI Li-hua,LIU Yuan

(Specialized Forces College of CAPF,Changping,Beijing 102202,China)

Nankou piedmont fault is an important regional fault in northern Beijing.This geological fault with obvious features,rich phenomena and complex evolution is a good material for field practical teaching of geology students.Based on the systematic field investigation,relevant literature collection and study,this paper summarizes and analyzes the geological features of this fault. And the evolution process of reverse fault extrusion in the prophase and normal fault tension in the anaphase are proposed. Besides,some conflicting geological phenomena are reasonably explained in this paper.

Changping Beijing;Nankou piedmont fault;feature;structural analysis

齊立華(1971-)，男,遼寧凌海人，武警警種學(xué)院副教授，碩士,現(xiàn)從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查教學(xué)和研究工作。

P 542+.3

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2015.05.006

來稿日期：2015-09-08